电子射野影像系统测量鼻咽癌调强放疗的摆位误差(一)
详细内容
作者：潘才住， 潘建基， 陈传本， 张秀春， 李金莲
【关键词】 鼻咽肿瘤；,放射疗法；,体位；,图像处理,计算机辅助
摘要: 目的 分析鼻咽癌调强放射治疗（IMRT）的摆位误差情况，从而确定摆位扩边的大小。方法 选取IMRT的鼻咽癌患者36例，放射治疗过程中每周拍摄电子射野影像片（正侧位）一次，共拍摄电子射野影像片372张。电子射野影像系统（EPID）下将电子射野影像片与数字重建射线影像（DRR）配准，分别测定X轴（左右方向）、Y轴（上下方向）和Z轴（前后方向）的摆位误差。结果 所有电子射野影像片中，各个方向约90.6％的摆位误差≤3 mm，99.2％≤5 mm。总体系统误差分别为X轴－0.5 mm(±1.2 s)，Y轴－0.5 mm(±1.4 s)，Z轴－0.9 mm(±1.5 s)，随机误差的标准差分别为±0.3,±0.2和±0.3 mm；各个方向的摆位扩边值分别为3.2 ,3.6和4.0 mm。 结论 鼻咽癌IMRT具有一定程度的摆位误差。在EPID系统下进行实时摆位误差纠正，可进一步降低摆位系统误差和随机误差，提高摆位精度。
关键词: 鼻咽肿瘤； 放射疗法； 体位； 图像处理，计算机辅助
ABSTRACT: ObjectiveTo investigate the setup verification using electronic portal imaging for nasopharyngeal carcinoma intensity modulated radiation(IMRT)．Methods Thirty six patients were enrolled in study.Electronic portal images(EPI) were acquired once every week in the radiation course and a total 372 anterior or lateral isocentric EPI were pared to digitally reconstructed radiograph(DRR) using electronic portal imaging device(EPID). Results About 90.6% of all translational setup errors were ≤3 mm, and 99.2%≤5 mm. The overall systematic error was -0.5 mm(±1.2 s) in Xaxis(rightleft direction), -0.5 mm(±1.4 s) in Yaxis(superiorinferior direction) and -0.9 mm(±1.5 s) in Zaxis(anteriorposterior direction). The corresponding s of the random errors were ±0.3, ±0.2 and ±0.3 mm. The estimated margins required for CTVPTV were calculated aording to the van Herk formula was 3.2, 3.6 and 4.0 mm, respectively. Conclusion There exists some extent of setup error in nasopharyngeal carcinoma IMRT. Online correction of setup error using EPID in order to reduce systematic error and random error and then improve setup precision.
KEY WORDS: nasopharyngeal neoplasms; radiotherapy; posture; image processing,puter assisted
鼻咽癌是我国常见恶性肿瘤之一，生物学特点和解剖学位置决定调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）是其主要的治疗手段之一。IMRT可使肿瘤靶区得到准确的剂量，同时周围正常组织和危及器官可得到充分的防护。但是该技术实施的同时也对摆位的精确度提出了更高的要求，摆位误差不仅会导致部分靶区不能得到足够的剂量，降低肿瘤的局部控制率，还可能使得高剂量区移到危及器官的区域内，造成严重并发症或后遗症[13]。目前国内外已有多家医院先后采用电子射野影像系统（electronic portal imaging device, EPID）测定放射治疗的摆位误差，证实其具有较好的临床应用价值[46]。笔者通过测量2005年7月～2005年12月鼻咽癌IMRT的摆位误差，探讨鼻咽癌IMRT摆位扩边的大小并对EPID的临床应用价值作进一步评价。
1 对象与方法
1.1 对象
36例鼻咽癌IMRT患者中，男性26例，女性10例，中位年龄47岁（27～68岁）。根据1992年福州分期标准：Ⅰ期3例，Ⅱ期12例，Ⅲ期15例，Ⅳ期6例。
1.2 体位固定、定位方法和放疗方式
患者取仰卧位，头垫C/B枕于舒适体位，采用头颈肩热塑形面罩固定，于模拟机下定位并标记前面及两侧等中心体表标记（铅点标记）。然后在模拟螺旋CT平床上以上述方式重新摆位并行定位CT扫描，扫描范围为头顶至锁骨下缘下3 cm，层厚3 mm，层距3 mm。扫描后将增强扫描图像通过局域网传输到Plato三维治疗计划系统（v2.6.4，荷兰核通公司）。所有患者均接受直线加速器（precise直线加速器，瑞典医科达公司）根治性放疗，其中鼻咽部和上颈淋巴引流区采用静态7野IMRT技术，下颈和锁骨上淋巴引流区采用前切线野照射，IMRT照射野与下颈切线野采用半野照射技术衔接。
1.3 电子射野影像片（EPI）的获取
放射治疗过程中每位患者每周拍1次EPI，每次于照射前拍摄正位(机架角度0 °)和侧位(机架角度90 °)2张。拍摄正、侧位片时射野面积一般取10 cm×10 cm，在X1、X2、Y1和Y2 4个方向上多叶光栅准直器大小分别为5.0,5.0,5.0和5.0 cm，机器跳数3～4 mu（machine monitor unit，机器监视单元），根据具体情况稍加调整。
1.4 摆位误差的测量
摆位误差的测量采用直线加速器（precise直线加速器，瑞典医科达公司）自带的EPID系统，以治疗计划系统形成的数字重建射线影像(digitally reconstructed radiograph，DRR)作为治疗参考位置，以蝶鞍、外耳孔、第1～2椎体前缘、下颌骨及鼻中隔等骨性解剖标志作为标记点。EPID系统下将EPI与DRR配准（先射野边框配准，然后标记点配准），EPID系统即可自动计算出每次摆位的三维移动度（X轴代表左右方向，Y轴代表头尾方向，Z轴代表前后方向，向后、右、上方向移位为正值，向前、左、下方向移位为负值）。
1.5 统计学处理
分别测定每位病人每次摄片X轴、Y轴和Z轴的摆位误差（由于正侧位片上均有Y轴的摆位移动度，故采用二者的均数作为Y轴的摆位误差）。每位病人的摆位系统误差以每次摆位误差的平均值表示，摆位随机误差以每次摆位误差的标准差表示。总体摆位系统误差为每位病人系统误差均值（μ），系统误差的标准差记为∑，随机误差的标准差记为δ。根据文献CTVPTV扩边公式（MPTV＝2.5∑+0.7δ）分别计算X轴、Y轴和Z轴的MPTV值[79]。
2 结果
2.1 每次摆位误差的情况
36例患者中,24例拍摄EPI 5次，9例拍摄6次，3例拍摄4次，总共拍摄372张，即X轴、Y轴和Z轴分别有372个摆位误差测定值。在所有测定值中，大约90.6%≤3 mm，99.2%≤5 mm（图1～3）。
2.2 每位病人的摆位系统误差和随机误差
每位病人各个方向的摆位系统误差以每次摆位误差的平均值（mean）表示，摆位随机误差以每次摆位误差的标准差（SD）表示。结果见表1。表1 36例患者摆位系统误差和随机误差表（略）
2.3 总体摆位系统误差、随机误差和MPTV值的估计36例患者总体摆位误差和MPTV值见表2。表2 总体摆位误差情况和摆位扩边的估计（略）
3 讨论
鼻咽癌是我国常见恶性肿瘤之一，放射治疗是鼻咽癌的主要治疗手段。放射治疗的目标是努力提高放射治疗增益比，即最大限度地将放射线的剂量集中到病变（靶区）内，杀灭肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射。IMRT不仅能使照射野的形状与肿瘤靶区的形状基本一致，其照射野内不同点的剂量也不同，高剂量线更加集中于计划靶区，而需要保护的危险器官剂量则迅速跌落至允许范围内。研究表明，在整个放射治疗过程中，每次治疗时患者的摆位位置会有所变化，而这种摆位的不精确性不仅可能造成靶区漏照，也可能使得高剂量区移到危险器官的区域内，造成严重并发症或后遗症[13]。因此，如何降低放射治疗中的摆位误差已成为当今肿瘤放射治疗界医师、物理师和技术员研究的重点和难点。